电阻率法在混凝土收缩开裂与应力损伤监测中的应用研究

摘要

混凝土作为使用最广的工程材料，在载荷及环境的耦合作用下往往会产生安全隐患，严重者将诱发重大安全事故。因此，采用有效的方法监测混凝土健康状态具有重要意义。电阻率法作为一种新兴的动态无损检测方法，在混凝土结构健康监测与完整性评价方面有着广阔的前景。针对工程中两种主要混凝土裂缝(荷载裂缝、收缩裂缝)，论文开展了混凝土试件在单轴受压与加速收缩开裂过程中的电阻率监测实验，获得了混凝土试件受压损伤与收缩开裂过程中的电阻率变化特性。基于理论分析与推导，建立了基于电阻率的混凝土受压损伤度模型与收缩开裂评价方法。并采用低场核磁共振法(NMR)探索了混凝土在应力荷载作用及干燥收缩过程中的孔隙水分布变化以揭示其电阻率变化机理。研究从电学角度揭示了混凝土应力损伤与收缩开裂过程中的微观机制，成果丰富了电阻率在混凝土损伤监测与评估领域的应用。主要研究内容及成果如下：　　(1)研究了饱水度、孔溶液电导率、养护方式对混凝土在单轴受压过程中电阻率变化特性的影响。结果表明：单轴压缩过程中，混凝土电阻率先减小后增大，电阻率转折点随饱水度变化；低饱水度下，转折点在40%应力水平左右，中与高饱水度，转折点均在峰值应力处；这可能与试件微裂缝的闭合、发展及贯穿相关；孔溶液电导率与养护方式对单轴受压过程中混凝土电阻率变化趋势无影响。　　(2)进一步测试了不同饱水度混凝土在单轴受压过程中的电阻率与损伤变量，基于麦克斯韦电导率模型与受压过程中孔隙动态演化，建立了以电阻率为变量的混凝土应力损伤变量模型；理论模型与实验数据相关性较好，拟合系数R2大于0.89。　　(3)测试了混凝土在平板抗裂性能实验中的电阻率变化，研究了水泥细度与矿物掺合料对混凝土早期收缩开裂过程中电阻率变化特性的影响。结果表明：混凝土电阻率微分曲线在20～24h处的特征峰与混凝土开裂密切相关，且此特征峰值与混凝土单位面积的总开裂面积线性相关，线性拟合系数R2大于0.9；表明电阻率法可用于混凝土收缩开裂监测与抗裂性能的评估。　　(4)采用低场核磁共振(NMR)探索了混凝土在受压损伤与收缩开裂过程中的孔隙水分布变化。结果表明：应力荷载导致孔隙水在裂纹中的运移是混凝土电阻率阶段性变化的主要原因；混凝土在收缩开裂过程中孔隙水散失速率呈现先加速后减速再加速的特征，这很好的解释了电阻率微分曲线的特征峰的出现；这为进一步选择电学参数进行混凝土损伤跟踪识别提供了理论基础。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.1.1 选题背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外现有混凝土损伤监测与评估现状

1.2.2 混凝土电阻率理论及其在收缩开裂与应力损伤监测的应用

1.3 本论文研究内容

第2章 荷载作用下混凝土电阻率变化特性

2.1 原材料与配合比

2.1.1 原材料

2.1.2 配合比

2.1.3 测试方法

2.2 饱水度对混凝土电阻变化特性的影响

2.2.1 试验方案

2.2.2 结果分析

2.3 孔溶液电导率对混凝土电阻变化特性的影响

2.3.1 试验方案

2.3.2 结果分析

2.4 养护方式对混凝土电阻变化特性的影响

2.4.1 试验方案

2.4.2 结果分析

2.5 小结

第3章基于电阻率的混凝土应力损伤评价模型

3.1 试验方法

3.1.1 试件制备

3.1.2 试验设备

3.1.3 测试方法

3.2 单轴受压过程中电阻与损伤变量分析

3.3 基于电阻率的混凝土损伤模型

3.4 小结

第4章收缩开裂过程中混凝土电阻率变化特性

4.1 试验方法

4.1.1 试件制备

4.1.2 测试方法

4.2 加速收缩过程中混凝土电阻变化特性

4.3 水泥细度对收缩开裂过程中混凝土电阻变化特性的影响

4.4 矿物掺和料对对收缩开裂过程中混凝土电阻变化特性的影响

4.5 基于电阻率法的混凝土抗裂性能分析

4.6 小结

第5章基于NMR法的混凝土孔隙水迁移测试

5.1 基本原理

2. 核磁共振现象

3. 多孔介质中流体弛豫种类

4. NMR用于多孔介质结构测试

5.2 试验方法

5.2.1 试验仪器与试块制备

5.2.2 试验过程

5.3 应力荷载作用下混凝土孔隙水迁移测试

5.3.1 弛豫系数确定

5.3.2 荷载作用下混凝土孔隙水迁移测试

5.4 干燥收缩过程中混凝土孔隙水迁移测试

5.5 小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果